Técnica de desorción térmica para la especiación del mercurio en suelos carbonatados, siliciclásticos y ricos en materia orgánica

 

Fuente: https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2024.143349

Abstract

Thermal desorption is a well-assessed technique to speciate mercury (Hg) in soils and sediments. However, the effects related to the different matrices are still not properly assessed. In this study, thermal desorption was applied to Hg-free calcite mixed with Hg standard and soils rich in carbonate and silicate minerals, as well as organic matter. Hg0, HgCl2, HgO, α-HgS, β-HgS and organo-mercuric compounds were recognized, pointing out that the soil matrix operates notable differences in terms of breakdown temperatures of the Hg-compounds and suggesting that the mineralogical composition of soil has to be investigated before applying the thermal desorption technique.

Furthermore, the presence of Hg0 was carefully evaluated since, as already observed, it forms Hg2+, which increases mercury mobility in the pedological cover with important consequences for those soils contaminated and located close to decommissioned or active mining areas and/or industrial sites (e.g. chloro-alkali industries). Experimental runs were thus carried out by using carbonate-, silicate- and organic-rich soils doped with liquid Hg. It was observed that Hg0 tends to be oxidized to form Hg+ and then Hg2+ as a function of soil matrix and reaction time. Surprisingly, the oxidation rate is rather fast, since after 42 days the initial content of Hg0 is halved, thus following an exponential decay.

This implies that in Hg0-polluted areas, the fate of the resulting Hg2+ can be that to: i) be adsorbed by organic matter and/or Fe–Mn–Al oxides and/or ii) feed shallow aquifers. This study is a further step ahead to understand the behavior of Hg in contaminated soils from industrial and mining areas where liquid Hg is occurring in different soil matrices and may provide useful indications for remediation operations.

Resumen

La desorción térmica es una técnica ampliamente contrastada para la especiación del mercurio (Hg) en suelos y sedimentos. Sin embargo, los efectos asociados a las diferentes matrices aún no han sido evaluados de forma adecuada. En este estudio se aplicó la desorción térmica a calcita libre de Hg mezclada con un patrón de Hg, así como a suelos ricos en minerales carbonatados y silicáticos y en materia orgánica. Se identificaron Hg⁰, HgCl₂, HgO, α-HgS, β-HgS y compuestos organomercuriales, poniendo de manifiesto que la matriz del suelo introduce diferencias notables en cuanto a las temperaturas de descomposición de los compuestos de Hg y sugiriendo que la composición mineralógica del suelo debe investigarse previamente a la aplicación de la técnica de desorción térmica.

Asimismo, se evaluó de forma detallada la presencia de Hg⁰, dado que, como ya se ha observado, este puede transformarse en Hg²⁺, lo que incrementa la movilidad del mercurio en la cubierta edáfica, con importantes consecuencias en suelos contaminados situados en las proximidades de minas activas o clausuradas y/o instalaciones industriales (por ejemplo, industrias cloro-álcali). Para ello, se realizaron ensayos experimentales utilizando suelos ricos en carbonatos, silicatos y materia orgánica dopados con Hg líquido. Se observó que el Hg⁰ tiende a oxidarse formando Hg⁺ y posteriormente Hg²⁺ en función de la matriz del suelo y del tiempo de reacción. De forma destacable, la velocidad de oxidación resultó ser relativamente rápida, ya que tras 42 días el contenido inicial de Hg⁰ se reduce a la mitad, siguiendo una cinética de decaimiento exponencial.

Esto implica que, en áreas contaminadas por Hg⁰, el destino del Hg²⁺ generado puede ser: i) su adsorción por la materia orgánica y/o por óxidos de Fe–Mn–Al, y/o ii) su incorporación a acuíferos someros. Este estudio supone un avance en la comprensión del comportamiento del Hg en suelos contaminados de origen industrial y minero donde el Hg líquido está presente en distintas matrices edáficas, y puede aportar indicaciones útiles para el diseño de operaciones de remediación.